Dobór naczynia wzbiorczego systemu zamkniętego

Instalacje centralnego ogrzewania należy chronić przed przekroczeniem dopuszczalnego ciśnienia i przed wahaniami objętości wody. Zabezpieczeniem przed nadmiernym wzrostem ciśnienia w instalacji jest zawór bezpieczeństwa instalowany z reguły na kotle. Zabezpieczeniem przed wahaniem objętości wody w instalacji wywołanym zmianami temperatury wody jest naczynie wzbiorcze, które w zależności od typu instalacji może być:

• systemu otwartego (bezciśnieniowe)
• systemu zamkniętego (ciśnieniowe)

Przepisy prawne

Ustalenie wielkości naczynia wzbiorczego w instalacji grzewczej regulowała do niedawna norma polska PN-B–02414:1999 „Ogrzewnictwo i ciepłownictwo – Zabezpieczenie instalacji ogrzewań wodnych systemu zamkniętego z naczyniami wzbiorczymi przeponowymi – Wymagania”. Norma ta została zmieniona przez normę europejską PN EN 12828 „Instalacje ogrzewcze w budynkach. Projektowanie wodnych instalacji centralnego ogrzewania”. Nowa norma reguluje całokształt projektowania instalacji centralnego ogrzewania, łącznie z zabezpieczeniem, o maksymalnej temperaturze pracy do 105°C. Norma traktuje jednak problematykę obliczania naczynia wzbiorczego w załączniku D informacyjnie, odwołując się do uregulowań miejscowych. Zasadnicze różnice między tymi normami polegają na uwzględnieniu przez normę europejską minimalnej rezerwy wody na nieprzewidziane ubytki, co skutkuje większą pojemnością całkowitą naczynia oraz na przyjęciu w normie europejskiej ciśnienia wstępnego w naczyniu większego o 0,3 bara powyżej ciśnienia statycznego, wobec 0,2 bara w normie polskiej. Projektanci instalacji powinni zwrócić uwagę, że 31 maja 2013 roku wydano aktualizuję ww. normy. PN-EN 12828:2013 Instalacje ogrzewcze w budynkach — Projektowanie wodnych instalacji centralnego ogrzewania, która znosi normę z 2006 roku i jest aktualnie obowiązująca.
Poniżej omówiono główne założenia normy PN-B–02414:1999.

Skład systemu

• Naczynie wzbiorcze
• Rura wzbiorcza
• Zawór bezpieczeństwa
• Manometry (rura wzbiorcza, kocioł)
• Zawór obsługowy – warunkowo
• Czujnik poziomu wody w kotłach – warunkowo (kotłownia >100 kW)

Zadania systemu

• Przejmowanie wahań objętości wody (NW, RW)
• Utrzymanie odpowiedniego ciśnienia w instalacji (NW, RW)
• Zabezpieczenie przed nadmiernym wzrostem  ciśnienia (ZB)
• Częściowe uzupełnienie ubytków wody w instalacji (NW) – warunkowo

Ciśnienie wstępne w naczyniu wzbiorczym przeponowym

Ciśnienie wstępne w naczyniu wzbiorczym przeponowym, włączonym po stronie ssawnej pompy obiegowej, należy przyjmować nie mniejsze niż obliczone z poniższego wzoru powiększone o wysokość ciśnienia podnoszenia pompy.

gdzie:
p _st – ciśnienie hydrostatyczne [bar], w instalacji ogrzewania wodnego na poziomie króćca przyłączonego do rury wzbiorczej do naczynia, gdy temperatura wody instalacyjnej wynosi t₁ = 10 [°C]

Wartości ciśnienia wstępnego, ciśnienia maksymalnego i ciśnienia otwarcia zaworu bezpieczeństwa w zależności od sposobu podłączenia naczynia wzbiorczego

gdzie:
H_po – maksymalna wysokość podnoszenia pompy obiegowej (przy braku przepływu czynnika)
p_rob – maksymalne dopuszczalne ciśnienie robocze czynnika grzewczego

Ciśnienie statyczne można ustalić ze wzoru:

gdzie:
h_n – różnica wysokości między najwyższym punktem instalacji a punktem podłączenia naczynia wzbiorczego, [m]
ρ₁ – gęstość wody instalacyjnej w temperaturze początkowej t₁, [kg/m3];
temperaturę początkową należy przyjmować t₁ = 10oC
g – przyspieszenie ziemskie 9,81 m/s²

Maksymalne obliczeniowe ciśnienie w naczyniu wzbiorczym przeponowym

Należy przyjmować to ciśnienie nie większe niż ciśnienie dopuszczalne instalacji wg PN-90/B-01430 z uwzględnieniem różnicy rzędnych między najniższym punktem instalacji ogrzewania a króćcem przyłącznym rury wzbiorczej do naczynia. Jednocześnie ciśnienie to nie może być większe od ciśnienia dopuszczalnego określanego przez producenta naczynia. Poza tym zaleca się, aby ciśnienie to nie było większe od ciśnienia wstępnego pracy instalacji o więcej niż 2 bary.

Pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego powiększona o rezerwę na ubytki eksploatacyjne wody oblicza się ze wzoru:

gdzie:

V_u, V – jak we wzorze powyżej
E- ubytki eksploatacyjne wody instalacyjnej występujące między uzupełnieniami, wartość podawana w %; przyjmuje się 1.0 % (uwaga! – do wzoru wpisujemy 1% jako 0,01)

 Minimalną pojemność całkowitą naczynia wzbiorczego z hermetyczną przestrzenią gazową V_n[dm³], należy obliczać ze wzoru:

gdzie:
V_u – pojemność użytkowa naczynia wzbiorczego, obliczona według wzoru [1] [dm³],
p_max – maksymalne obliczeniowe ciśnienie w naczyniu wzbiorczym, [bar],
p – ciśnienie wstępne w naczyniu wzbiorczym, [bar].

Pojemność całkowita naczynia wzbiorczego z uwzględnieniem rezerwy na ubytki eksploatacyjne wody  :

gdzie:
V_ur, p_max – jak we wzorach powyżej
p_R – ciśnienie wstępne w przestrzeni gazowej naczynia wyznaczane ze wzoru:

Schematy

Naczynie przeponowe przed pompą na powrocie instalacji

Naczynie wzbiorcze za pompą na powrocie instalacji

Naczynie wzbiorcze na powrocie instalacji c.o. , pompa na zasileniu